本发明专利技术公开了一种准零刚度弹性节点及其构建方法、构建装置，准零刚度弹性节点包括：外套、正刚度元件及负刚度元件；所述外套套设于所述正刚度元件上；负刚度元件内置所述正刚度元件内，发生振动时，通过所述负刚度元件产生的负刚度抵消所述正刚度元件产生的正刚度。本发明专利技术具有高静态刚度、低动态刚度的特性，减振频域宽，具有良好的低频隔振特性，能够有效降低从轨道传递至构架、构架与转向架以及转向架与车体之间的振动，有效减小车体的振动，提高乘客的乘坐舒适性与运行平稳性；同时准零刚度弹性节点还具有结构紧凑，采用内置式并联安装方式，不改变弹性节点的接口形式和尺寸，可伴随弹性节点实现垂向、轴向和偏转以及扭转运动。动。动。
【技术实现步骤摘要】
准零刚度弹性节点及其构建方法、构建装置
[0001]本专利技术属于轨道交通减振领域，尤其涉及一种准零刚度弹性节点及其构建方法、构建装置。
技术介绍
[0002]随着轨道列车运行速度的提高和轻量化的发展，车体振动逐渐加大。目前轨道车辆中多采用弹性节点形式的减振器，减振器的柔度大，导致车辆运行过程中的低频振动问题严重，影响车辆运行平稳性和舒适性。从隔振理论分析可以得出，传统线性刚度隔振技术只有在激励频率大于倍的系统固有频率时，才有隔振效果。在轨道车辆运行过程中，外部激励的频率不会改变，因此为了隔离低频振动，就需要降低系统的固有频率，降低系统固有频率就需要降低减振器的刚度，从而减振器刚度越低，隔振起始频率就越低，就越有利于隔离低频振动。但是，减振器的刚度减低，必然会引起系统的承载能力下降，导致过大的静变形甚至失稳等问题，即隔振器在隔离低频、超低频振动时，面临着低刚度与大静变形两方面的矛盾。
[0003]在实际实施中发现，现有的弹性节点存在以下缺陷：
[0004]1、纯机械结构的弹性节点只在单一方向实现负刚度特性；
[0005]2、适应性和灵活性较弱，方案结构复杂，部件过多，不利于工程推广。
[0006]因此亟需开发一种克服上述缺陷的准零刚度弹性节点及其构建方法、装置。
技术实现思路
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种准零刚度弹性节点，其中，包括：
[0008]外套；
[0009]正刚度元件，所述外套套设于所述正刚度元件上；
[0010]负刚度元件，内置所述正刚度元件内，发生振动时，通过所述负刚度元件产生的负刚度抵消所述正刚度元件产生的正刚度。
[0011]上述的准零刚度弹性节点，其中，所述正刚度元件包括：芯轴、弹性层及内套，所述弹性层套设于所述芯轴上，所述内套于所述弹性层上，所述外套套设于所述内套上，发生振动时，所述芯轴、所述弹性层及所述内套配合产生正刚度。
[0012]上述的准零刚度弹性节点，其中，所述负刚度元件包括：
[0013]一椭球机构，沿垂直所述芯轴的轴向方向设置于所述内套中，且连接于所述外套及所述内套；及
[0014]二个弹簧机构，沿所述芯轴的轴向方向设置于所述芯轴中且位于所述椭球机构的两侧，发生振动时，所述椭球机构与二个所述弹簧机构配合产生负刚度。
[0015]上述的准零刚度弹性节点，其中，所述内套上开设有对位设置的二个安装孔，所述椭球机构包括：
[0016]底座，设置于一所述安装孔上且连接于所述外套及所述内套；
[0017]椭球杆件，其一端穿过另一所述安装孔、所述弹性层及所述芯轴连接于所述底座，所述椭球杆件的另一端连接于所述外套及所述内套。
[0018]上述的准零刚度弹性节点，其中，沿所述芯轴的轴向方向于所述芯轴内开设有一通孔，二个所述弹簧机构设置于所述通孔中且位于所述椭球杆件的两侧，所述椭球杆件上设置有椭球部，发生振动时，二个所述弹簧机构与所述椭球部配合产生负刚度。
[0019]上述的准零刚度弹性节点，其中，每一所述弹簧机构包括：
[0020]安装座，装设于所述通孔的端部且连接于所述芯轴；
[0021]弹簧，其一端装设于所述安装座上；
[0022]作动头，其一端连接于所述弹簧的另一端；
[0023]作动头滚球，装设于所述作动头的另一端上，所述作动头滚球对位于所述椭球部；
[0024]作动头外套，套设于所述作动头滚球上；
[0025]其中，发生振动时，二个所述作动头滚球、二个所述弹簧及所述椭球部在垂直于所述芯轴的轴向方向上产生负刚度，从而抵消正刚度。
[0026]上述的准零刚度弹性节点，其中，所述芯轴、所述弹性层和所述内套经过硫化工艺硫化为一体形成所述正刚度元件。
[0027]本专利技术还提供一种准零刚度弹性节点的构建方法，其中，所述准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，所述构建方法包括：
[0028]容许尺寸确定步骤：根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸；
[0029]刚度确定步骤：根据所述准零刚度弹性节点的内部型面尺寸以及所述芯轴与所述内套的内部尺寸，确定所述准零刚度弹性节点的垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度；
[0030]预压力调整步骤：调整所述弹簧机构的预压力，获得平衡位置的零刚度条件；
[0031]准零刚度确定步骤：根据所述零刚度条件调整布置在所述内套的所述椭球机构中椭球部的参数，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。
[0032]上述的构建方法，其中，所述容许尺寸确定步骤包括：
[0033]根据外部安装尺寸、所述芯轴与所述外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷，确定所述准零刚度弹性节点的强度并计算出极限的安装孔尺寸，通过在极限范围内调整所述安装孔尺寸，根据调整后的所述安装孔尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸。
[0034]上述的构建方法，其中，所述刚度确定步骤包括：
[0035]根据所述正刚度元件的弹性层的厚度、所述芯轴内部的型面尺寸、所述内套的内部尺寸以及弹性层材料的硬度，确定垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度。
[0036]上述的构建方法，其中，所述预压力调整步骤包括：
[0037]通过调整所述弹簧机构的弹簧和螺栓的参数以调整所述弹簧机构的预压力，根据弹簧机构的预压力及所述弹簧机构的作动头滚球尺寸获得平衡位置的所述零刚度条件。
[0038]上述的构建方法，其中，所述准零刚度确定步骤包括：
[0039]通过调整所述椭球部的长轴尺寸及短轴尺寸，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。
[0040]本专利技术还提供一种准零刚度弹性节点的构建装置，其中，所述准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，所述构建装置包括：
[0041]容许尺寸确定单元，根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许尺寸确定所述弹簧机构的尺寸和所述椭球机构的尺寸；
[0042]刚度确定单元，根据所述准零刚度弹性节点的内部型面尺寸以及所述芯轴与所述内套的内部尺寸，确定所述准零刚度弹性节点的垂向、纵向和横向刚度以匹配开孔前的垂向、纵向和横向刚度；
[0043]预压力调整单元，调整所述弹簧机构的预压力，获得平衡位置的零刚度条件；
[0044]准零刚度确定单元，根据所述零刚度条件调整布置在所述内套的所述椭球机构中椭球部的参数，以匹配所述准零刚度弹性节点在垂向和纵向方向的准零刚度。
[0045]相比于相关技术，本专利技术的准零刚度弹性节点具有高静态刚度、低动态刚度的特性，减振频域宽，具有良好的低频隔振特性，能够有效降低从轨道传递至构架、构架与本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种准零刚度弹性节点，其特征在于，包括：外套；正刚度元件，所述外套套设于所述正刚度元件上；负刚度元件，内置所述正刚度元件内，发生振动时，通过所述负刚度元件产生的负刚度抵消所述正刚度元件产生的正刚度。2.如权利要求1所述的准零刚度弹性节点，其特征在于，所述正刚度元件包括：芯轴、弹性层及内套，所述弹性层套设于所述芯轴上，所述内套于所述弹性层上，所述外套套设于所述内套上，发生振动时，所述芯轴、所述弹性层及所述内套配合产生正刚度。3.如权利要求2所述的准零刚度弹性节点，其特征在于，所述负刚度元件包括：一椭球机构，沿垂直所述芯轴的轴向方向设置于所述内套中，且连接于所述外套及所述内套；及二个弹簧机构，沿所述芯轴的轴向方向设置于所述芯轴中且位于所述椭球机构的两侧，发生振动时，所述椭球机构与二个所述弹簧机构配合产生负刚度。4.如权利要求3所述的准零刚度弹性节点，其特征在于，所述内套上开设有对位设置的二个安装孔，所述椭球机构包括：底座，设置于一所述安装孔上且连接于所述外套及所述内套；椭球杆件，其一端穿过另一所述安装孔、所述弹性层及所述芯轴连接于所述底座，所述椭球杆件的另一端连接于所述外套及所述内套。5.如权利要求4所述的准零刚度弹性节点，其特征在于，沿所述芯轴的轴向方向于所述芯轴内开设有一通孔，二个所述弹簧机构设置于所述通孔中且位于所述椭球杆件的两侧，所述椭球杆件上设置有椭球部，发生振动时，二个所述弹簧机构与所述椭球部配合产生负刚度。6.如权利要求5所述的准零刚度弹性节点，其特征在于，每一所述弹簧机构包括：安装座，装设于所述通孔的端部且连接于所述芯轴；弹簧，其一端装设于所述安装座上；作动头，其一端连接于所述弹簧的另一端；作动头滚球，装设于所述作动头的另一端上，所述作动头滚球对位于所述椭球部；作动头外套，套设于所述作动头滚球上；其中，发生振动时，二个所述作动头滚球、二个所述弹簧及所述椭球部在垂直于所述芯轴的轴向方向上产生负刚度，从而抵消正刚度。7.如权利要求2所述的准零刚度弹性节点，其特征在于，所述芯轴、所述弹性层和所述内套经过硫化工艺硫化为一体形成所述正刚度元件。8.一种准零刚度弹性节点的构建方法，其特征在于，所述准零刚度弹性节点包括外套、正刚度元件及负刚度元件，所述构建方法包括：容许尺寸确定步骤：根据所述正刚度元件的芯轴和内套上开设的安装孔的尺寸，确定负刚度元件的弹簧机构和椭球机构的容许尺寸，根据所述容许...
【专利技术属性】
技术研发人员：巩永强，谢国贞，张朋，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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